Python時間和日期庫的實(shí)現(xiàn)

在 Python 中是沒有原生數(shù)據(jù)類型支持時間的，日期與時間的操作需要借助三個模塊，分別是 time、datetime、calendar。

• time 模塊可以操作 C 語言庫中的時間相關(guān)函數(shù)，時鐘時間與處理器運(yùn)行時間都可以獲取。
• datetime 模塊提供了日期與時間的高級接口。
• calendar 模塊為通用日歷相關(guān)函數(shù)，用于創(chuàng)建數(shù)周、數(shù)月、數(shù)年的周期性事件。

在學(xué)習(xí)之前，還有一些術(shù)語要補(bǔ)充一下，這些術(shù)語你當(dāng)成慣例即可。這里在 Python 官方文檔中也有相關(guān)說明，不過信息比較多，橡皮擦為你摘錄必須知道的一部分。

epoch（紀(jì)元） 是時間開始的點(diǎn)，其值取決于平臺。
對于 Unix， epoch（紀(jì)元） 是 1970年1月1日00:00:00（UTC）。要找出給定平臺上的 epoch ，請使用 time.gmtime(0) 進(jìn)行查看，例如橡皮擦電腦顯示：

time.struct_time(tm_year=1970, tm_mon=1, tm_mday=1, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=1, tm_isdst=0)

術(shù)語 紀(jì)元秒數(shù) 是指自 epoch （紀(jì)元）時間點(diǎn)以來經(jīng)過的總秒數(shù)，通常不包括閏秒。 在所有符合 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的平臺上，閏秒都不會記錄在總秒數(shù)中。

程序員中常把 紀(jì)元秒數(shù) 稱為 時間戳。

time 時間模塊

該模塊核心為控制時鐘時間。

 get_clock_info 函數(shù)

該函數(shù)獲取時鐘的基本信息，得到的值因不同系統(tǒng)存在差異，函數(shù)原型比較簡單：

time.get_clock_info(name)

其中 name 可以取下述值：

• monotonic：time.monotonic()
• perf_counter： time.perf_counter()
• process_time： time.process_time()
• thread_time： time.thread_time()
• time： time.time()

該函數(shù)的返回值具有以下屬性：

• adjustable ： 返回 True 或者 False。如果時鐘可以自動更改（例如通過 NTP 守護(hù)程序）或由系統(tǒng)管理員手動更改，則為 True ，否則為 False ;
• implementation ： 用于獲取時鐘值的基礎(chǔ) C 函數(shù)的名稱，就是調(diào)用底層 C 的函數(shù)；
• monotonic ：如果時鐘不能倒退，則為 True ，否則為 False；
• resolution ： 以秒為單位的時鐘分辨率（ float ）。

import time

available_clocks = [
 ('clock', time.clock),
 ('monotonic', time.monotonic),
 ('perf_counter', time.perf_counter),
 ('process_time', time.process_time),
 ('time', time.time),
]

for clock_name, func in available_clocks:
 print('''
 {name}:
  adjustable : {info.adjustable}
  implementation: {info.implementation}
  monotonic  : {info.monotonic}
  resolution : {info.resolution}
  current  : {current}
 '''.format(
  name=clock_name,
  info=time.get_clock_info(clock_name),
  current=func()))

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。

上圖顯示橡皮擦的計算機(jī)在 clock 與 perf_counter 中，調(diào)用底層 C 函數(shù)是一致的。

獲取時間戳

在 Python 中通過 time.time() 函數(shù)獲取紀(jì)元秒數(shù)，它可以把從 epoch 開始之后的秒數(shù)以浮點(diǎn)數(shù)格式返回。

import time
print(time.time())
# 輸出結(jié)果 1615257195.558105

時間戳大量用于計算時間相關(guān)程序，屬于必須掌握內(nèi)容。

獲取可讀時間

時間戳主要用于時間上的方便計算，對于人們閱讀是比較難理解的，如果希望獲取可讀時間，使用 ctime() 函數(shù)獲取。

import time
print(time.ctime())
# 輸出內(nèi)容：Tue Mar 9 10:35:51 2021

如何將時間戳轉(zhuǎn)換為可讀時間，使用 localtime 函數(shù)即可。

localtime = time.localtime(time.time())
print("本地時間為 :", localtime)

輸出結(jié)果為 class 'time.struct_time'> 類型數(shù)據(jù)，后文將對其進(jìn)行格式化操作：

本地時間為 : time.struct_time(tm_year=2021, tm_mon=3, tm_mday=9, tm_hour=10, tm_min=37, tm_sec=27, tm_wday=1, tm_yday=68, tm_isdst=0)

上述代碼中的時間戳最小值是 0，最大值由于 Python 環(huán)境和操作系統(tǒng)決定，我本地 64 位操作系統(tǒng)進(jìn)行測試的時候，得到的數(shù)據(jù)如下：

import time

localtime = time.localtime(0)
print("時間為 :", localtime)
# 時間為 : time.struct_time(tm_year=1970, tm_mon=1, tm_mday=1, tm_hour=8, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=1, tm_isdst=0)
localtime = time.localtime(32536799999)
print("時間為 :", localtime)
# 時間為 : time.struct_time(tm_year=3001, tm_mon=1, tm_mday=19, tm_hour=15, tm_min=59, tm_sec=59, tm_wday=0, tm_yday=19, tm_isdst=0)
localtime = time.localtime(99999999999)
print("時間為 :", localtime)
# OSError: [Errno 22] Invalid argument
print(type(localtime))

單調(diào)時間 monotonic time

monotonic time 從系統(tǒng)啟動開始計時，從 0 開始單調(diào)遞增。

操作系統(tǒng)的時間可能不是從 0 開始，而且會因?yàn)闀r間出錯而回調(diào)。

該函數(shù)原型如下，不需要任何參數(shù)，返回一個浮點(diǎn)數(shù)，表示小數(shù)秒內(nèi)的單調(diào)時鐘的值：

time.monotonic()

測試代碼如下：

print("單調(diào)時間",time.monotonic())
# 輸出：單調(diào)時間 12279.244

處理器時鐘時間

time() 函數(shù)返回的是紀(jì)元秒數(shù)（時間戳）， clock() 函數(shù)返回的是處理器時鐘時間。
該函數(shù)函數(shù)的返回值：

• 在第一次調(diào)用的時候，返回的是程序運(yùn)行的實(shí)際時間；
• 在第二次之后的調(diào)用，返回的是自第一次調(diào)用后到這次調(diào)用的時間間隔。

需要注意的是 Python 3.8 已移除 clock() 函數(shù)，用 time.perf_counter() 或 time.process_time() 方法替代。

t0 = time.clock()
# 運(yùn)行一段代碼
print(time.clock() - t0, "程序運(yùn)行時間")

我使用的 Python 版本較高，提示異常如下：

time.clock has been deprecated in Python 3.3 and will be removed from Python 3.8: use time.perf_counter or time.process_time instead t0 = time.clock()

性能計數(shù)器 time.perf_counter

perf_counter() 函數(shù)的 epoch （紀(jì)元）是未定義的。一般使用該函數(shù)都是為了比較和計算，不是為了用作絕對時間，該點(diǎn)需要注意下。

該函數(shù)用于測量較短持續(xù)時間的具有最高有效精度的時鐘，包括睡眠狀態(tài)消耗的時間，使用兩次調(diào)用才會有效。

測試代碼如下：

t0 = time.perf_counter()
# 運(yùn)行一段代碼
for i in range(100000):
 pass
print("程序運(yùn)行時間", time.perf_counter() - t0)

與其類似的函數(shù)有 perf_counter_ns()、process_time()、process_time_ns()，具體可以查詢手冊進(jìn)行學(xué)習(xí)，先掌握 perf_counter() 函數(shù)即可。

 時間組件

上文已經(jīng)涉及了時間組件相關(guān)的知識，通過 localtime 得到的 struct_time 類型的數(shù)據(jù)。

這里涉及到的函數(shù)有 gmtime() 返回 UTC 中的當(dāng)前時間，localtime() 返回當(dāng)前時區(qū)對應(yīng)的時間，mktime() 接收 struce_time 類型數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型數(shù)值，即時間戳。

print("*"*10)
print(time.gmtime())
print("*"*10)
print(time.localtime())

print("*"*10)
print(time.mktime(time.localtime()))

struct_time 類型包含的內(nèi)容

上述代碼返回的數(shù)據(jù)格式為：

time.struct_time(tm_year=2021, tm_mon=3, tm_mday=9, tm_hour=12, tm_min=50, tm_sec=35, tm_wday=1, tm_yday=68, tm_isdst=0)

其中各值可以根據(jù)英文含義進(jìn)行理解 ：tm_year 年份（range[1,12]），tm_mon 月份（range[1,12]），tm_mday 天數(shù)（range[1,31]），tm_hour 天數(shù)（range[0,23]），tm_min 分鐘 （range[0,59]）， tm_sec 秒數(shù) （range[0,61]）， tm_wday 星期 （range[0,6]，0 是星期日）， tm_yday 一年中的一天（range[1,366] ），tm_isdst 在夏令時生效時設(shè)置為 1，而在夏令時不生效時設(shè)置為 0，值-1 表示這是未知的。

 解析和格式化時間

strptime() 和 strftime() 函數(shù)可以使時間值在 struct_time 表示和字符串表示之間相互轉(zhuǎn)換。

對于 strftime 函數(shù)，其中的參數(shù)參考官方即可。

x = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
print(x)

這里的學(xué)習(xí)，沒有什么難度大的點(diǎn)，孰能生巧的知識。

strptime 函數(shù)的應(yīng)用

x = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
print(x)
# 方向操作，字符串格式化成 time.struct_time
struct_time = time.strptime(x, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(struct_time)

需要記憶的就是 strftime 與 strptime 函數(shù)只有中間的字符不同，一個是 f ，另一個是 p。

time 小節(jié)

對于 time 模塊，sleep 函數(shù)屬于必備知識點(diǎn)，但是太常用了，你肯定已經(jīng)很熟悉了。
對于模塊的學(xué)習(xí)，最權(quán)威的就是官方手冊了，time 模塊

 datetime 模塊

該模塊比 time 模塊高級了很多，并且對 time 模塊進(jìn)行了封裝，提供的功能更加強(qiáng)大了。

在 datetime 模塊中，Python 提供了 5 個主要的對象類，分別如下：

• datetime：允許同時操作時間和日期；
• date：只操作日期；time：只操作時間；
• timedelta：用于操作日期以及測量時間跨度；
• tzinfo：處理時區(qū)。

 date 類

優(yōu)先展示部分該類的屬性和方法，都是記憶層面的知識。

• min、max：date 對象能表示的最大、最小日期；
• resolution：date 對象表示日期的最小單位，返回天；
• today()：返回表示當(dāng)前本地日期的 date 對象；
• fromtimestamp(timestamp)：根據(jù)時間戳，返回一個 date 對象。

測試代碼如下：

from datetime import date
import time
print('date.min:', date.min)
print('date.max:', date.max)
print('date.resolution:', date.resolution)
print('date.today():', date.today())
print('date.fromtimestamp():', date.fromtimestamp(time.time()))

輸出結(jié)果：

date.min: 0001-01-01
date.max: 9999-12-31
date.resolution: 1 day, 0:00:00
date.today(): 2021-03-09
date.fromtimestamp(): 2021-03-09

date 對象的屬性和方法

通過下述代碼創(chuàng)建一個 date 對象：

d = date(year=2021,month=3,day=9)
print(d)

該對象具備下述屬性和方法：

• d.year：返回年；
• d.month：返回月；
• d.day：返回日；
• d.weekday()：返回 weekday，如果是星期一，返回 0；如果是星期 2，返回 1，以此類推；
• d.isoweekday()：返回 weekday，如果是星期一，返回 1；如果是星期 2，返回 2，以此類推；
• d.isocalendar()：返回格式如(year, wk num, wk day)；
• d.isoformat()：返回格式如'YYYY-MM-DD'的字符串；
• d.strftime(fmt)：自定義格式化字符串，與 time 模塊中的 strftime 類似。

 time 類

time 類定義的類屬性：

• min、max：time 類所能表示的最小、最大時間。其中，time.min = time(0, 0, 0, 0)， time.max = time(23, 59, 59, 999999)；
• resolution：時間的最小單位，這里是 1 微秒；

通過其構(gòu)造函數(shù)可以創(chuàng)建一個 time 對象。

t = time(hour=20, minute=20, second=40)
print(t)

time 類提供的實(shí)例方法和屬性：

• t.hour、t.minute、t.second、t.microsecond：時、分、秒、微秒；
• t.tzinfo：時區(qū)信息；
• t.isoformat()：返回型如”HH:MM:SS”格式的字符串時間表示；
• t.strftime(fmt)：返回自定義格式化字符串。

datetime 類

該類是 date 類與 time 類的結(jié)合體，很多屬性和方法前文已經(jīng)介紹，再補(bǔ)充一些比較常用的屬性和方法。

獲取當(dāng)前的日期與時間：

from datetime import datetime
dt = datetime.now()
print(dt)

獲取時間戳：

dt = datetime.now()
# 使用 datetime 的內(nèi)置函數(shù) timestamp()
stamp = datetime.timestamp(dt)
print(stamp)

 timedelta 類

通過 timedelta 函數(shù)返回一個 timedelta 時間間隔對象，該函數(shù)沒有必填參數(shù)，如果寫入一個整數(shù)就是間隔多少天的的意思。

# 間隔 10 天
timedelta(10)
# 跨度為1 周
timedelta(weeks=1)

兩個時間間隔對象可以彼此之間相加或相減，返回的仍是一個時間間隔對象。
一個 datetime 對象如果減去一個時間間隔對象，那么返回的對應(yīng)減去之后的 datetime 對象，然后兩個 datetime 對象如果相減，返回的是一個時間間隔對象。

更多關(guān)于 datetime 類使用的知識，可以參考官方手冊。

calendar 模塊（日歷）

此模塊的函數(shù)都是日歷相關(guān)的，例如打印某月的字符月歷。

calendar 模塊定義了 Calendar 類，它封裝了值的計算， 例如給定月份或年份中周的日期。通過 TextCalendar 和 HTMLCalendar 類可以生成預(yù)格式化的輸出。

基本代碼：

import calendar

c = calendar.TextCalendar(calendar.SUNDAY)
c.prmonth(2021, 3)

上述代碼，默認(rèn)是從周日開始的，輸出結(jié)果：

March 2021
Su Mo Tu We Th Fr Sa
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31

該模塊使用頻率較低，詳細(xì)使用參考地址 進(jìn)行學(xué)習(xí)。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Python玩轉(zhuǎn)時間和日期庫的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python 時間和日期庫內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！